Các kết quả đánh giá tình trạng làm việc trình bày trong Chương 8 cho thấy các chỉ tiêu ổn định được xem xét trong khuôn khổ nghiên cứu này có thể cho phép đánh giá tương đối chính xác và sớm tình trạng của HTĐ. Do vậy, có thể đưa ra các quyết định điều khiển sớm, nhằm ngăn ngừa nguy cơ xảy ra sự cố lan truyền. Để tiện theo dõi, một số kết quả của các phương pháp đánh giá ổn định cho lưới điện New England và lưới Việt Nam 2012 như sau:
▪ Với lưới điện New England, phương pháp độ nhạy dQg/dQl cho phép phát hiện tình trạng nguy hiểm từ khá sớm, khoảng 40-60s (trang 125). Mặt khác, phương pháp xác định khả năng tải dựa trên OPF đối với lưới này cũng cho thấy: ngay sau khi tách máy phát G9, khả năng tải đến nút 29 và 28 sụt giảm nghiêm trọng (trang 118).
▪ Đối với lưới Việt Nam 2012 thu gọn, phương pháp độ nhạy dQg/dQl cho phép phát hiện tình trạng nguy hiểm ở thời điểm 125s (trang 128), cách tương đối xa so với thời điểm xảy ra sụp đổ điện áp ở 180s.
Nếu so sánh các ngưỡng thời gian này với kết quả mô phỏng đánh giá sự làm việc của rơ le sa thải phụ tải thấp áp trong phần 9.1, có thể thấy rằng các rơ le UVLS phản ứng ở thời điểm hệ thống đã rất gần với sụp đổ điện áp. Nếu sơ đồ sa thải phụ tải được thiết kế dựa trên tín hiệu đo lường diện rộng, đồng thời giả thiết rằng cơ sở hạ tầng truyền tin đáp ứng đủ độ chính xác của bài toán SE và tốc độ cập nhật, các phương pháp được trình bày trong Chương 8 có thể giúp người vận hành HTĐ đưa ra một số quyết định điều khiển sớm hơn. Sự cố sụp đổ điện áp do vậy sẽ có thể tránh được với lượng sa thải phụ tải ít hơn.
Trong khn khổ nghiên cứu này, các tác giả chưa đi sâu vào bài tốn tính tốn tối ưu lượng cắt tải dựa trên các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định. Thay vào đó, các tác giả giả thiết người vận hành HTĐ sẽ chủ động cắt một lượng tải nhỏ tại nút tải lớn, được đánh giá là nút yếu, như một giải pháp phòng ngừa (preventive control).
9.2.1. Đánh giá khả năng tải dựa trên bài toán OPF với ràng buộc bổ sung
Bên cạnh các giải pháp đánh giá ổn định trong Chương 8, trong chương này các tác giả phát triển thêm công cụ đánh giá khả năng tải dựa trên bài tốn OPF để xác định tình trạng làm việc của hệ thống. Ý tưởng cơ bản và một số kết quả của phương pháp này đã được trình bày trong phần 8.4. Về mặt phương pháp tính, phương pháp OPF có thể khơng đưa ra được giới hạn khả năng tải nếu so sánh với các phương pháp dựa trên trào lưu công suất liên tục (CPF – Continous Power Flow). Tuy nhiên sai số về khả năng tải theo hai cách là tương đối nhỏ [65]. Bài toán OPF dùng để đánh giá khả năng tải được viết một cách vắn tắt như sau:
Trong đó 𝑓𝐺(𝑃𝑔) thể hiện chi phí phát điện. Trong bài tốn đánh giá khả năng tải dựa trên huy động dài hạn, thành phần này dựa trên chi phí phát điện. Tuy nhiên nếu sử dụng OPF để đánh giá huy động trong thời gian rất ngắn, thành phần này có thể được bỏ qua (coi như các máy phát phản ứng hồn tồn theo đặc tính điều tần sơ cấp). Thành phần thứ hai thể hiện hàm mục tiêu tối đa hóa cơng suất tải ở một nút hoăc nhóm nút nhất định12.
Các ràng buộc chính của bài tốn OPF như sau:
𝑃𝑔− 𝑃𝐿− 𝑃(𝑈, 𝜃) = 0 (9.3)
𝑄𝑔− 𝑄𝐿− 𝑄(𝑈, 𝜃) = 0 (9.4)
𝑈𝑚𝑎𝑥𝑚𝑖𝑛 (9.5)
𝑃𝑔𝑔.𝑚𝑎𝑥𝑔.𝑚𝑖𝑛 (9.6)
𝑄𝑔𝑔.𝑚𝑎𝑥𝑔.𝑚𝑖𝑛 (9.7) Các ràng buộc (9.3)-(9.7) thể hiện phương trình cân bằng cơng suất, giới hạn công suất phát của các tổ máy và điện áp tại các nút. Với mục tiêu tìm khả năng tải tối đa cho một nút, dựa trên đáp ứng ngắn hạn của hệ thống, các tác giả đưa thêm ràng buộc về đáp ứng của tổ máy như dưới đây:
𝑃𝑔,𝑖−𝑃𝑔,𝑖0 𝑃𝑑𝑚,𝑖 = 𝛥𝑓
50× 1
𝑅𝑖, 𝑖 = 1, . . , 𝑛𝑔 (9.8)
Phương trình trên thể hiện ràng buộc yêu cầu đáp ứng công suất của tổ máy thứ i phải tuân theo đặc tính điều tần sơ cấp của tổ máy, biểu thị bởi hệ số 𝑅𝑖. So với bài toán cơ bản, bài toán OPF này có thêm 𝑛𝑔ràng buộc liên quan đến các bộ điều tốc, và thêm một biến (tần số). Các chương trình OPF hiện nay như PSS/E hay MATPOWER[36] đều cho phép mở rộng bài tốn OPF theo mơ hình nêu trên.
Như đã trình bày ở phần đầu mục, cách mơ tả bài tốn OPF theo các phương trình (9.2)- (9.8) cho phép tìm khả năng tải tối đa tới một nút dựa trên đáp ứng ngắn hạn của hệ thống, trong đó mong muốn chủ quan của người vận hành là chưa thể thực hiện được. Cần lưu ý rằng hệ số tải không nhất thiết phải lớn hơn 1. Nếu kết quả bài toán OPF giải ra cho thấy phụ tải tối ưu nhỏ hơn phụ tải ở kịch bản xuất phát ban đầu, điều đó có nghĩa cơng suất tải ở nút đang xét cần phải được giảm (sa thải), nhằm đảm bảo khả năng cấp điện của hệ thống.
12 Khơng mất tính tổng qt, có thể viết (9.2) ở dạng bài tốn cực tiểu nhưng vẫn cho phép biểu diễn mục tiêu tối đa hóa cơng suất tại nút tải.
9.2.2. Kết quả mơ phỏng
Việc đánh giá khả năng tải dựa trên kết quả bài tốn OPF được tính tốn áp dụng với HTD Việt Nam 2012. Dựa trên số liệu thu thập được trong q trình mơ phỏng, bài tốn OPF đánh giá khả năng tải sẽ được giải nhằm xác định mức độ an toàn của hệ thống. Trước thời điểm xảy ra sự cố tách đường dây Di Linh – Tân Định, khả năng tải bổ sung của một số nút tải lớn được thể hiện trong Bảng 9.1. Kết quả cho thấy chế độ làm việc của hệ thống là tương đối nặng nề, điện áp tại các nút tải khá thấp. Tuy nhiên các nút tải vẫn còn độ dự trữ tương đối lớn.
Bảng 9.1 Khả năng tải bổ sung của các nút phụ tải trước thời điểm tách đường dây Di Linh – Tân Định.
Tên nút Mã nút Điện áp (pu) Khả năng tải (MW)
Phú Lâm 79112 0.9059 408.4118
Tân Định 77102 0.9286 157.6602
Nhà Bè 79202 0.9661 247.9214
Khi đường dây Di Linh – Tân Định đươc tách ra, kết quả tính khả năng tải tại các nút được thể hiện trong Bảng 9.2. Có thể thấy rằng HTĐ không đủ khả năng cung cấp công suất cho các nút tải đang xét, và cần phải sa thải phụ tải. Tất cả các nút phụ tải đang xét đều cho giới hạn phụ khả năng tải âm.
Bảng 9.2 Khả năng tải bổ sung của các nút phụ tải sau thời điểm tách đường dây Di Linh – Tân Định.
Tên nút Mã nút Điện áp (pu) Khả năng tải (MW)
Phú Lâm 79112 0.9095 -106.9287
Tân Định 77102 0.8865 -96.4655
Nhà Bè 79202 0.9352 -126.8291
Cần lưu ý rằng mơ hình bài tốn OPF được thành lập trong chương này là dựa trên giả thiết phụ tải khơng phụ thuộc điện áp. Trong chương trình mơ phỏng PSS/E, phụ tải được thay thế bởi ba thành phần ZIP - và do đó có phụ thuộc điện áp. Điều này giải thích lý do cơng cụ OPF tính ra khả năng tải âm, nhưng PSS/E vẫn có thể mơ phỏng được chế độ làm việc của HTĐ: Mức độ tải của các nút thực chất nhỏ hơn tải định mức do điện áp sụt giảm.
Nếu người vận hành HTĐ được phép ra quyết định sa thải phụ tải, công cụ OPF sẽ cho phép đánh giá lại khả năng tải tại các nút sau khi việc sa thải đã được hoàn tất. Nếu sau khi q trình sa thải phụ tải đã được hồn thành, khả năng tải tại các nút được khôi phục (tăng lên
giá trị lớn hơn khơng), hệ thống có thể được coi là ổn định (tạm thời). Ở đây, giả sử rằng người vận hành sẽ giảm 20% công suất tải tại nút Phú Lâm, tương đương với khoảng 120MW công suất tải. Sau khi q trình sa thải hồn tất, kết quả của bài toán OPF được cho trong Bảng 9.3. Kết quả cho thấy khả năng tải bổ sung đã được phục hồi, và hệ thống còn độ dự trữ khả năng tải nhất định.
Bảng 9.3 Khả năng tải bổ sung của các nút phụ tải sau thời điểm sa thải phụ tải. tải.
Tên nút Mã nút Điện áp (pu) Khả năng tải (MW)
Phú Lâm 79112 0.9159 72.5792
Tân Định 77102 0.8886 63.7645
Nhà Bè 79202 0.9378 84.3080
Hình 9-9 thể hiện đáp ứng điện áp và tần số của HTĐ khi sa thải 120MW tải tại nút Phú Lâm, tại thời điểm 90s. Kết quả cho thấy, việc sa thải phụ tải đã làm hệ thống ổn định, và ngăn ngừa tác động lan truyền của rơ le. Đồng thời, lượng sa thải phụ tải là nhỏ hơn đáng kể so với việc dựa vào hệ thống UVLS tự động, như đã trình bày trong mục 9.1.3 (120MW so với 270MW).
Như vậy có thể thấy rằng nếu hạ tầng truyền thơng, tốc độ tính tốn và cơng cụ phân tích online của người vận hành HTĐ đáp ứng được yêu cầu, các thao tác điều khiển có thể được đưa ra ở vị trí nút tải phù hợp, giúp ngăn ngừa nguy cơ sự cố với mức sa thải nhỏ.
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 -1 -0.5 0 0.5 1 x 10 -3 Thời gian (s) T ốc đ ộ M F (p u) 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 0.9 1 1.1 Thời gian (s) Đ iệ n áp c ác n út 50 0k V ( pu )
Hình 9-9 Kết quả mô phỏng HTĐ Việt Nam 2012 với rơ le UVLS thich nghi.
9.3. Kết luận chương
Chương này đã đề cập đến một biện pháp ngăn ngừa sự cố lan truyền trên diện rộng dựa trên biện pháp sa thải phụ tải. Kết quả cho thấy các rơ le sa thải phụ tải có hiệu quả rất tốt ngăn ngừa các sự cố sụp đổ điện áp. Trong trường hợp có thể triển khai các sơ đồ sa thải đặc biệt theo diện rộng, lượng sa thải phụ tải có thể được giảm hơn nữa mà vẫn đảm bảo khôi phục trạng thái ổn định của hệ thống.
Có nhiều phương pháp khác để ngăn ngừa sự cố diện rộng như: tối ưu hóa phân bố CSPK trên lưới, dừng thay đổi các đầu phân áp của các máy biến áp có OLTC, v.v. Trong khn khổ đề tài này, các biện pháp trên chưa được nghiên cứu chi tiết.
Chương 10 KẾT LUẬN 10.1. Kết luận chung
Đề tài nghiên cứu này đã xem xét những vấn đề cơ bản của bài toán giám sát và bảo vệ diện rộng trên HTĐ, nhằm ngăn ngừa các sự cố diện rộng có nguyên nhân ban đầu do sụp đổ điện áp. Các kết quả chính đạt được như sau:
▪ Thống kê các trường hợp sự cố diện rộng trên thế giới và Việt Nam, rút ra được nguyên nhân chính của các sự cố diện rộng đã xảy ra trên thế giới. Hiện tượng sụp đổ điện áp được coi là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố diện rộng.
▪ Nghiên cứu lý thuyết về tiềm năng, vai trị của thiết bị đo đồng bộ góc pha (PMU) cho các ứng dụng giám sát và bảo vệ diện rộng. Nghiên cứu bài toán đặt tối ưu các thiết bị PMU cho lưới điện truyền tải dựa trên điều kiện quan sát được hệ thống. Nghiên cứu bài toán đánh giá trạng thái khi có sử dụng tín hiệu góc pha.
▪ Xây dựng mơ hình mơ phỏng quá trình sụp đổ điện áp của một số hệ thống điện mẫu và hệ thống điện Việt Nam, phục vụ cho nghiên cứu giám sát và điều khiển diện rộng. Các mơ hình được xây dựng đã xét đến đầy đủ các thiết bị điều chỉnh điều khiển cũng như các rơ le bảo vệ - là những thành phần quan trọng nhất quyết định diễn biến của các sự cố diện rộng.
▪ Nghiên cứu ứng dụng một số tiêu chuẩn đánh giá ổn định thường được sử dụng trong quá trình giám sát và điều khiển diện rộng. Các tiêu chuẩn đã được xem xét gồm có tiêu chuẩn định thức Jacobi, tiêu chuẩn độ nhạy dU/dQ, tiêu chuẩn độ nhạy dQg/dQl, tiêu chuẩn đánh giá ổn định dựa trên mạng một cửa tương đương, và phương pháp xác định khả năng tải dựa trên công cụ tối ưu hóa trào lưu cơng suất OPF với các ràng buộc mở rộng.
▪ Nghiên cứu áp dụng một số biện pháp nhằm ngăn ngừa khả năng xảy ra các sự cố diện rộng, dựa trên sa thải phụ tải.
Một số kết quả nổi bật của đề tài như sau:
Về nguyên nhân và cơ chế của các sự cố diện rộng :
▪ Sự thiếu hụt dự trữ CSPK, tác động lan truyền của các thiết bị bảo vệ quá kích thích, đầu phân áp có điều áp dưới tải là nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố sụp đổ điện áp. Trong giai đoạn cuối của quá trình sụp đổ điện áp, sự tác động của các rơ le bảo vệ trên lưới truyền tải có ảnh hưởng lớn đến diễn biến của sự cố.
▪ Các mô phỏng cho thấy chỉ một thay đổi nhỏ trong chỉnh định của rơ le cũng có thể dẫn đến các diễn biến rất khác nhau của sự cố diện rộng. Vì vậy, để nghiên cứu các sự cố
diện rộng, cần đặc biệt chú ý đến các rơ le bảo vệ trên lưới truyền tải, và cần đánh giá mức độ thay đổi của diễn biến các sự cố diện rộng khi có những thay đổi về trào lưu cơng suất ban đầu, chỉnh định của rơ le bảo vệ.
▪ Nhìn chung, các mơ phỏng cho thấy rơ le sa thải phụ tải thấp áp thường tác động trước rơ le khoảng cách. Do vậy khi sử dụng các sơ đồ bảo vệ thấp áp, sẽ tránh được tác động lan truyền dẫn đến chia tách lưới khi điện áp quá thấp. Mặt khác trong một số kịch bản mô phỏng, rơ le UVLS đã tác động chậm hơn rơ le mất đồng bộ của máy phát. Như vậy, khi tiến hành tính tốn chỉnh định thơng số cho rơ le sa thải UVLS, cần phối hợp với các rơ le của hệ thống truyền tải điện và đặc biệt các rơ le bảo vệ máy phát điện. Trên thực tế, khi xảy ra thấp áp, máy phát có thể bị tách ra bởi nhiều chức năng bảo vệ khác, như 51V, 32, 40 chứ không chỉ do rơ le mất đồng bộ (78).
▪ Mơ hình hệ thống điện có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả diễn biến mơ phỏng. Như đã trình bày trong Chương 7, kết quả mô phỏng của lưới Việt Nam năm 2012 khi có xét đến lưới 110kV (mục 7.4) và khi rút gọn HTĐ trong phạm vi lưới 500-220kV (mục 7.5) có sự khác nhau đáng kể. Mặc dù thông số CĐXL của hai HTĐ này là như nhau, phản ứng của phụ tải đẳng trị đến thanh cái 220kV theo điện áp khơng hồn tồn giống như phản ứng khi mô phỏng HTĐ đầy đủ với phụ tải ở thanh cái 110kV. Do vậy, khi xét đến diễn biến của quá trình sự cố diện rộng, cần đặc biệt lưu ý đến việc mơ hình hóa các phụ tải. Trong nghiên cứu này, các tác giả không cố gắng chỉnh định thông số lưới rút gọn 500-200kV để có đáp ứng giống như mơ hình HTĐ đầy đủ. Tuy nhiên trên thực tế đây là nội dung công việc quan trọng.
Về các chỉ tiêu đánh giá ổn định
▪ Chỉ tiêu đánh giá ổn định dựa trên định thức Jacobi phản ánh tương đối chính xác mức độ của HTĐ. Khi khơng có sự thay đổi về kết dây trong HTĐ, sự sụt giảm của định thức Jacobi là biểu hiện chắc chắn của sự suy yếu của hệ thống. Nhược điểm của phương pháp Jacobi là giá trị của định thức là rất lớn với các hệ thống có kích thước lớn. Trong nghiên cứu này chúng tôi đã đề xuất sử dụng tiêu chuẩn Jacobi với mơ hình HTĐ rút gọn. Kết quả cho thấy ma trận Jacobi của HTĐ thu gọn cũng phản ánh đúng mức độ ổn định của HTĐ.
▪ Các tiêu chuẩn khác liên quan đến ma trận Jacobi như nghiệm riêng, độ nhạy dU/dQ khơng hồn tồn chính xác trong mọi trường hợp. Lý do của kết quả này có thể do vấn